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Closed-Form Gaussian Mixture Representations of d-Dimensional Triangulated Domains

Darijani, Ali ORCID iD icon 1,2,3; Stratmann, Benedikt 3; Hanebeck, Uwe D. 2; Bahadur Thapa, Ratan 4; Beyerer, Jürgen 1,2,3; Afifi, Nehal ORCID iD icon 5
1 Fakultät für Informatik – Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme (Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Anthropomatik und Robotik (IAR), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB)
4 Universität Stuttgart (Uni Stuttgart)
5 Institut für Produktentwicklung (IPEK), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

We derive a Gaussian Mixture representation of a full-dimensional subset of Euclidean space with finite volume from a finite simplicial triangulation in closed form. On each simplex, we replace the uniform probability density function with a Gaussian density that minimizes the Kullback--Leibler divergence, arriving at the information projection onto the family of Gaussian distributions. By exploiting affine isomorphisms between simplices, the joint convexity and bijection invariance properties of the Kullback--Leibler divergence, identities for Dirichlet distributions, and a partition-of-unity argument, we establish a dimension-dependent but geometry-independent sharp upper bound on the global Kullback--Leibler divergence between the resulting Gaussian Mixture and the uniform distribution on the original domain. Numerical examples illustrate the construction and demonstrate its potential in practical applications.


Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Anthropomatik und Robotik (IAR)
Institut für Produktentwicklung (IPEK)
Fakultät für Informatik – Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme (Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme)
Publikationstyp Proceedingsbeitrag
Publikationsjahr 2026
Sprache Englisch
Identifikator KITopen-ID: 1000198402
Erschienen in IEEE Sensor Data Fusion: Trends, Solutions, Applications (SDF 2026)
Veranstaltung IEEE Sensor Data Fusion: Trends, Solutions, Applications (SDF 2026), Bonn, Deutschland, 23.11.2026 – 25.11.2026
Verlag Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Projektinformation SFB 1574 KLF, 471687386 (DFG, DFG KOORD, SFB 1574/1)
Bemerkung zur Veröffentlichung Accepted to "2026 IEEE Sensor Data Fusion: Trends, Solutions, Applications (SDF)"
Schlagwörter Gaussian Mixture, Simplicial Complex, Algebraic Topology
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